УДК: 535.21, 681.7.03

Взаимодействие фемтосекундного лазерного излучения с наночастицами серебра в фототерморефрактивных стеклах

Игнатьев Д.А., Игнатьев А.И., Никоноров Н.В., Silvennoinen M.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Игнатьев Д.А., Игнатьев А.И., Никоноров Н.В., Silvennoinen М. Взаимодействие фемтосекундного лазерного излучения с наночастицами серебра в фототерморефрактивных стеклах // Оптический журнал. 2015. Т. 82. № 11. С. 24–29.

Ignatiev D.A., Ignatiev A.I., Nikonorov N.V., Silvennoinen M. Interaction of femtosecond laser radiation with silver nanoparticles in photothermorefractive glasses [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2015. V. 82. № 11. P. 24–29.

Ссылка на англоязычную версию:

D. A. Ignat’ev, A. I. Ignat’ev, N. V. Nikonorov, and M. Silvennoinen, "Interaction of femtosecond laser radiation with silver nanoparticles in photothermorefractive glasses," Journal of Optical Technology. 82(11), 734-737 (2015). https://doi.org/10.1364/JOT.82.000734

Аннотация:

Исследованы процессы разрушения наночастиц серебра в объеме фототерморефрактивных стекол при облучении фемтосекундным лазером (800 нм, 120 фс) в зависимости от дозы и плотности энергии излучения (0,012–4 Дж/см2). Показано, что амплитуда полосы поглощения плазмонного резонанса серебряных наночастиц уменьшается в зависимости от плотности энергии и дозы облучения вплоть до полного ее исчезновения. Сделан вывод, что под действием фемтосекундного импульсного лазерного излучения в результате многофотонного взаимодействия происходит фотодеструкция наночастиц серебра с образованием более мелких частиц и атомов с частичной их фотоионизацией и переходом в ионное состояние. При облучении лазерным излучением с плотностью энергии выше 0,5 Дж/см2 возникает дополнительное фотонаведенное поглощение в области 300–550 нм, связанное с увеличением концентрации молекулярных кластеров серебра и радиационных дефектов, в результате фотоионизации матрицы стекла.

Ключевые слова:

взаимодействие фемтосекундного излучения с веществом, фототерморефрактивное стекло, серебряная наночастица, молекулярный кластер серебра, фотодеструкция, фотоионизация, фотофрагментация

Благодарность:

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ при выполнении научно-исследовательской работы в рамках проектной части государственного задания в сфере научной деятельности по Заданию №11.1227.2014/K.

Коды OCIS: 350.3450, 170.4090, 160.5320

Список источников:

1. Kaempfe M., Seifert G., Berg K.-J., Hofmeister H., Graener H. Polarization dependence of the permanent deformation of silver nanoparticles in glass by ultrashort laser pulses // Eur. Phys. J. D. 2001. V. 16. № 1. P. 237–240.
2. Stalmashonak A., Seifert G., Graener H. Spectral range extension of laser-induced dichroism in composite glass with silver nanoparticles // J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 2009. V. 11. № 6. P. 065001–065005.
3. Seifert G., Podlipensky A., Lange J., Hofmeister H., Graener H. Ultrafast deformation dynamics of silver nanoparticles in glass induced by femtosecond laser pulses // Proc. SPIE. 2006. V. 6118. Int. Symp. Ultrafast Phenomena in Semicond. & Nanostruct. Materials X. P. 61180R–61189R.
4. Podlipensky A.V., Grebenev V., Seifert G., Graener H. Ionization and photomodification of Ag nanoparticles in sodalimeglass by 150 fs laser irradiation: a luminescence study // Journal of Luminescence. 2004. V. 109. P. 135–142.
5. Podlipensky A., Abdolvand A., Seifert G., Graener H. Femtosecond laser assisted production of dichroitic 3D structures in composite glass containing Ag nanoparticles // Appl. Phys., Mater. Sci. Process. 2005. V. 80. № 8. P. 1647–1652.
6. Werner D., Furube A., Okamoto T., Hashimoto S. Femtosecond laser-induced size reduction of aqueous gold nanoparticles: in situ and pump-probe spectroscopy investigations revealing coulomb explosion // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 115. № 17. P. 8503–8512.
7. Plech A., Kotaidis V., Lorenc M., Bonberg J. Femtosecond laser near-field ablation from gold nanoparticles // Nat. Phys. 2006. V. 2. P. 44–47.
8. Hu A., Peng P., Alarifi H., Zhang X.Y., Guo J.Y., Zhou Y., Duley W.W. Femtosecond laser welded nanostructures and plasmonic devices // J. Laser Appl. 2012. V. 24. № 4. P. 042001-1–042001-7.
9. Hashimoto S., Wernera D., Uwada T. Studies on the interaction of pulsed lasers with plasmonic gold nanoparticles toward light manipulation, heat management, and nanofabrication // Journal of Photochemistry and Photobiology. C: Photochemistry Rev. 2012. V. 13. P. 28–54.
10. Kaempfe M., Seifert G., Berg K.-J., Hofmeister H., Graener H. Polarization dependence of the permanent deformation of silver nanoparticles in glass by ultrashort laser pulses // Eur. Phys. J. D. 2001. V. 16. P. 237–240.
11. Efimov O.M., Glebov L.B., Glebova L.N., Richardson K.C., and Smirnov V.I. High efficiency Bragg gratings in photo-thermo-refractive glass // Appl. Opt. 1999. V. 38. № 2. P. 619–627.
12. Кучинский С.А., Никоноров Н.В., Панышева Е.И., Савин В.В., Туниманова И.В. Свойства объемных фазовых голограмм на мультихромных стеклах // Опт. спектр. 1992. Т. 70. № 6. C. 1269–1300.
13. Lumeau J., Smirnov V., Glebov L. Phase-shifted volume Bragg gratings in photo-thermo-refractive glass // Proc. SPIE. 2008. V. 6890 P. 68900A-1–68900A-6.
14. Иванов С.А., Ангервакс А.Е., Щеулин А.С., Игнатьев А.И., Никоноров Н.В. Запись голографических меток для телескопических систем в фотоерморефрактивном стекле // Опт. спектр. 2014. Т. 117. № 6. С. 999–1004.
15. Nikonorov N.V., Sidorov A.I., Tsekhomskii V.A. Silver nanoparticles in oxide glasses: technologies and properties // Silver nanoparticles / Ed. by Perez D.P. Croatia, Vukovar: In-Tech, 2010. 334 p. (P. 177–201)
16. Игнатьев А.И., Игнатьев Д.А., Никоноров Н.В. Фотодеструкция наночастиц серебра в фото-термо-рефрактивных стеклах // Научно-техн. вестн. информационных технологий, механики и оптики. 2013. Т. 85. № 3. С. 158–159.

17. Игнатьев Д.А., Игнатьев А.И., Никоноров Н.В., Стародубов Д.С. Обратимая фотодеструкция наночастиц серебра в фото-термо-рефрактивных стеклах // Научно-техн. вестн. информационных технологий, механики и оптики. 2014. Т. 89. № 1. С. 206–207.
18. Ignatiev D.A., Sidorov A.I., Nikonorov N.V., Ignatiev A.I. Photodestruction of silver nanocrystals in photo-termorefractive glasses under pulse laser radiation // Proc. 12th International conf. on the Structure of Non Crystalline Materials. Riva del Garda, Italy, 2013. P. 228.
19. Ignatiev D.A., Ignatiev A.I., Sidorov A.I., Nikonorov N.V. Effect of pulse laser radiation on silver nanoparticles and molecular cluster in photo-thermo-refractive glass // Proc. 6th Finnish-Russian Photonics and Lasers Symposium PALS’13. Kuopio, Finland, 2013. P. 17.
20. Ignatiev A.I., Nikonorov N.V., Ignatiev D.A. Photofragmentation and photoionisation of silver nanoparticles in photo-thermo-refractive glass // Proc. 3rd Internat. Conf. on Competitative Materials and Technology Processes. Miskolc-Lillafured, Hungary, 2013. P. 104.
21. Ignatiev A.I., Ignatiev D.A., Nikonorov N.V. Photodestruction of silver nanoparticles in nanoglassceramics // Proc 10th Internat. Symp. on Crystallization in Glasses and Liquids. Goslar, Germany, 2012. P. 82.
22. Игнатьев А.И., Никоноров Н.В., Сидоров А.И., Шахвердов Т.А. Влияние ультрафиолетового облучения и термообработки на люминесценцию молекулярных кластеров серебра в фото-термо-рефрактивных стеклах // Опт. спектр. 2013. Т. 114. № 5. С. 838–844.
23. Сидоров А.И., Никоноров Н.В., Цехомский В.А., Лазарева К.Е. Влияние диэлектрической оболочки на спектральное положение плазмонного резонанса наночастицы серебра в фотохромном стекле // Опт. спектр. 2009. Т. 107. № 5. С. 745–747.